南通市区大气气溶胶物理特性分析

李敏娜，钱 震，蒋 荣，陈 帅

(江苏省南通环境监测中心，江苏 南通 226006)

0 引言

大气气溶胶粒子是指悬浮在大气中的固态和液态颗粒物，其粒径范围为10-3～102μm，能在大气中驻留至少几个小时[1]。气溶胶粒子在大气环境中的行为与其粒径大小密切相关，其数浓度谱分布特征能深入揭示颗粒物在大气中的生成、传输、转化和去除，对气溶胶理化特性及其影响的研究有重要意义[2]。

目前在国内多个地方，多种环境下开展了大气气溶胶数浓度的在线观测，包括长三角地区、珠三角地区、京津冀地区、东北地区。分析内容包括：不同季节的气溶胶数浓度的变化及影响因子[2-5]，超细颗粒物粒径谱的分布特征[6]，典型天气条件下的数浓度谱分布特征[7-9]，气溶胶数浓度变化与气象条件的关系[5,8-9]。

国内外对重大污染源区大气气溶胶特性研究工作开展较多[3,5,9-10]，而对较清洁或者二、三线城市大气气溶胶特性研究较少。虽然南通是沿海城市，也会受到北方污染源输送的影响，本地污染源排放仍有减少空间，因此，有必要开展南通地区的大气气溶胶数浓度的相关研究，这对灰霾防治有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区概况和观测时间

南通市地处北纬31°1′～32°43′、东经120°12′～121°55′，位于江苏省东南部，东临黄海，南临长江。年平均气温在15℃左右，年平均降水量1000～1100mm，属北亚热带和暖温带季风气候，雨热同季，夏季雨量约占全年雨量的40%～50%。观测时间为2017年12月1日—2018年11月30日。观测地点是江苏省南通环境监测中心七楼楼顶，位于商业、交通、居民混合区。

1.2 仪器与方法

数浓度数据采用Grimm 180环境颗粒物监测仪，测量粒径范围为0.25～32μm，用来连续观测气溶胶，可以实时测量31个粒径的气溶胶数浓度和PM10、PM2.5和PM1的质量浓度，时间分辨率为1min，文中采用的均为小时均值数据。

2 结果和讨论

2.1 数浓度总体变化趋势

由图1可以看出，观测期间南通市气溶胶数浓度日平均为368个/cm3，最高值出现在冬季，为 1578个/cm3，最低值出现在夏季，为37个/cm3。春、夏、秋、冬气溶胶数浓度平均值分别为396个/cm3、281个/cm3、265个/cm3、519个/cm3。冬季气溶胶数浓度最高，春季次之，秋季最低。冬季数浓度整体波动幅度明显大于春、夏、秋季。表1对比了不同城市的大气气溶胶的数浓度。四个城市的季节变化类似，均是冬季最高，春季次之，夏季和秋季相对较低。采用相同仪器的福州四季平均数浓度比南通高，原因在于南通属于沿海城市，空气扩散条件较好，气溶胶数浓度处于较低水平。南京春季的气溶胶浓度比南通和福州夏、秋两季低一个量级，珠三角江门市和北京气溶胶浓度比南通高1～2个量级，原因在于仪器不同，南京采用是APS-3321仪器测量，该仪器测量粒径范围为0.5～20μm，江门将SMPS和APS-3321两个仪器结合起来测量，测量粒径范围为0.003～10μm，北京采用WPS-1000XP仪器测量，粒径范围为0.02～1μm，均与本文的仪器测量的粒径范围不同，且小粒径粒子对数浓度的贡献非常大[12]。

图1 2017年12月-2018年11月气溶胶数浓度日变化

表1 不同城市大气气溶胶数浓度对比

2.2 不同季节数浓度日变化

将粒径分为四个部分：0.25～1μm，1～2.5μm，2.5～10μm，10～32μm，将一年的数浓度取均值，得出0.25～1μm占总数浓度的比值为99.94%，1～2.5μm占比为0.054%，2.5～10μm占比为0.0079%，10～32μm占比为0.000095%。图2是不同季节四个粒径段的数浓度随时间的变化情况。由图可见，南通市春季PM1-32日变化呈单峰分布，峰值位于11∶00，而春季PM0.25-1日变化较为平缓。夏季PM0.25-1和PM2.5-32日变化呈单峰分布，峰值位于12∶00，夏季高温高湿的天气利于新粒子生成[4]；PM1-2.5日变化呈多峰分布，在 8∶00、12∶00、19∶00出现高值，说明该粒径范围粒子的生成除了受太阳辐射影响，还有人为因素，比如汽车尾气排放。秋季PM0.25-32日变化呈双峰分布，峰值位于7∶00-8∶00和19∶00，与早晚高峰汽车尾气排放有关。冬季PM0.25-2.5日变化呈双峰分布，峰值位于8∶00-10∶00和18∶00-19∶00，与上下班高峰期吻合；冬季PM2.5-32日变化呈多峰分布，表明这个粒径段粒子的生成受多种因素影响。

图2 春、夏、秋、冬季四个粒径段(0.25～1μm，1～2.5μm，2.5～10μm，10～32μm)气溶胶的数浓度随时间变化

2.3 不同季节数浓度谱分布

数浓度谱分布指的是单位粒径范围数浓度的大小，可以用谱分布函数描述。图3是不同季节的数浓度谱分布情况。随着粒径增加，数浓度谱呈先增加后减少的趋势。由于仪器观测范围的限制，四季数浓度谱均呈单峰分布，且谱峰值都出现在0.29μm附近。总体来看，冬季数浓度最多，春季次之，夏、秋季最少。春季、夏季、秋季在0.265～0.29μm粒径段减少幅度最大，减少比例分别为21%、45%和43%。南通市区的气溶胶数浓度主要由1μm以下的粒子贡献，>1μm的粒子数浓度维持在较低水平。

图3 南通市区不同季节数浓度谱分布

2.4 不同AQI条件下数浓度变化

表2和表3是不同AQI条件下不同粒径范围内颗粒物数浓度变化及百分比变化。由表2可以看出，随着AQI的增加，PM0.25-1的颗粒物呈现倍数增长趋势，PM1-32的颗粒物增长速度略缓慢，表明随着小颗粒数浓度的增加，空气质量状况的下降更为突出。从表3可看出，随着AQI的增加，PM0.25-0.5和PM1-32百分比呈减小趋势，而PM0.5-1的百分比呈增加趋势，表明PM0.5-1的增加对空气质量状况的下降有重要贡献。

表2 不同AQI条件下不同粒径范围内颗粒物数浓度变化 (个/cm3)

表3 不同AQI条件下不同粒径范围内颗粒物数浓度百分比变化 %

3 结论

(1)南通市四季气溶胶数浓度表现为冬季>春季>夏季>秋季，冬季数浓度整体波动幅度最大。

(2)南通市春季PM1-32日变化呈现单峰分布，峰值位于11∶00；夏季PM0.25-1和PM2.5-32日变化呈现单峰分布，峰值位于12∶00，PM1-2.5日变化呈现多峰分布，在8∶00、12∶00、19∶00出现高值；秋季PM0.25-32日变化呈现双峰分布，峰值位于7∶00—8∶00和19∶00；冬季PM0.25-2.5日变化呈现双峰分布，峰值位于8∶00—10∶00和18∶00—19∶00，PM2.5-32日变化呈现多峰分布。

(3)南通市区四季数浓度谱峰值均为0.29μm，气溶胶数浓度主要由1μm以下的细粒子贡献，粗粒子贡献很少，>1μm的粒子数浓度维持在较低水平。

(4)随着小颗粒物数浓度的增加，空气质量状况的下降更为突出，尤其是0.5～1μm的颗粒物。